用于10-8Pa超高真空圆形平面磁控溅射靶的密封装置

摘要

本发明公开了一种用于10－8Pa超高真空圆形平面磁控溅射靶的密封装置。它的水冷腔(3)内置有软铁(5)和磁钢(4)、下端面与水冷腔密封法兰(17)上端面间置有O形金属密封圈(7)，并经螺丝(22)相固定，进出水管(20，19)分别于软铁(5)和水冷腔密封法兰(17)相焊接，水冷腔密封法兰(17)的下端面与靶支撑座(15)上端面间置有电极绝缘层(13)和两组四只O形密封圈(8，9，10，11)，并经靶支撑座(15)中套装的出水管(19)另一端上的紧固螺母(18)相抵压连接，每组O形密封圈间均置有与抽气管(16)相通的通孔(12，14)，靶支撑座(15)上焊接有安装法兰(21)。它的真空度高达6×10－8Pa，可实现高质量高纯度金属或非金属薄膜的制备。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁控溅射靶的密封装置，尤其是用于10^-8Pa超高真空圆形平面磁控溅射靶的密封装置。

背景技术

在半导体材料上制成各种元器件后，按电路设计要求将这些元器件连接起来，形成具有各种功能的集成电路的工艺称为金属化工艺。金属化系统及其工艺的优劣会影响电路的性能和可靠性。溅射工艺是常用的金属化工艺之一，因其淀积粒子的能量较高，膜与衬底粘附性更好，溅射膜的合金成分与靶的成分基本相同，对衬底的台阶覆盖更好，且溅射电压较低，降低了对衬底材料的辐射损伤，所以被广泛用于半导体器件及电路制作工艺和其它镀膜工艺中。磁控溅射利用电场和磁场的共同作用，让电子在磁力线与靶表面所包围的狭小空间作螺旋运动，提高了电子与溅射气体原子之间的碰撞几率，因此它具有溅射速率高、电压低、效率高和衬底温度低等特点，现在多数溅射设备上均使用磁控溅射靶。如在1989年1月11日公告的中国实用新型专利申请说明书CN 2030599U中披露的“一种平面磁控溅射靶”。它采用磁体密封罩内置有纯铁、磁体和冷却系统的结构。使用时，将其作为溅射设备的阴极置于真空室内，并经进水管对其中的冷却系统进行连续不断地供水。但是，这种溅射靶存在着不足之处，首先，磁体密封罩内装入纯铁、磁体和冷却系统后，若为焊接封装，则日后难以对装入其内的各部件进行必要的维修和更换，若为盖板式封装，则封装处极易发生漏气渗水现象；其次，作为阴极，需与溅射设备中的其它部件进行电气绝缘，而绝缘层均为非金属材料制成，这就无法使用焊接的方式来解决相互间的密封问题；再次，因其结构上的缺陷，使溅射设备的真空度最高只能达到10^-6Pa，由于设备的真空度不高，在进行金属溅射工艺时，因环境中存在较多的水汽分子和氧分子等，会造成金属层的颜色不正常，有灰暗浑浊区域、反光度差和可焊性差等缺陷，严重地影响了半导体器件及电路的性能和成品率。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构合理，真空度高，使用维护方便的用于10^-8Pa超高真空圆形平面磁控溅射靶的密封装置。

所采用的技术方案包括屏蔽罩内的软铁、磁钢和冷却系统，特别是(a)所说冷却系统含有相连接的水冷腔、水冷腔密封法兰、进水管和出水管，其中，所说水冷腔的腔体内置有软铁和其上设置的磁钢、下端面与水冷腔密封法兰上端面间置有○形金属密封圈，并经螺丝相固定连接，所说水冷腔密封法兰的侧壁上置有通孔，所说通孔的一端与螺丝孔的底端相通、另一端与真空室相通，所说进水管套装于出水管中，且贯穿软铁后与其相焊接连接，所说出水管贯穿水冷腔密封法兰后与其相焊接连接；(b)所说水冷腔密封法兰的下端面与靶支撑座上端面间置有电极绝缘层和两组四只○形密封圈，并经靶支撑座中套装的出水管另一端上的紧固螺母相抵压连接，其中，所说水冷腔密封法兰的下端面与电极绝缘层间置有一组两只不同直径的○形密封圈，所说电极绝缘层与靶支撑座上端面间置有一组两只不同直径的○形密封圈，所说一组两只不同直径的○形密封圈间的电极绝缘层中置有通孔，所说一组两只不同直径的○形密封圈间的靶支撑座中置有通孔，该通孔与抽气管相连通；(c)所说靶支撑座上焊接连接有安装法兰。

作为技术方案的进一步改进，所述的○形金属密封圈为铝丝密封圈或银丝密封圈或无氧铜密封圈；所述的两组四只○形密封圈均为维通(Viton)型氟胶圈；所述的抽气管贯穿安装法兰后与真空泵相接通，其与安装法兰间为焊接连接；所述的软铁与磁钢相接触一侧的表面置有槽沟，所说槽沟与进水管相连通；所述的水冷腔密封法兰上端面对应水冷腔内腔体的部分置有凸台或槽沟，所说槽沟与出水管相连通；所述的靶支撑座的另一端为凸端，所说凸端与紧固螺母相抵触连接；所述的紧固螺母与出水管另一端上的螺纹相旋接连接；所述的水冷腔的上端部与靶材安装罩经相互间的螺纹旋接连接；所述的屏蔽罩与靶支撑座相固定连接。

相对于现有技术的有益效果是，其一，软铁和其上设置的磁钢被置于水冷腔的腔体内，水冷腔的下端面与水冷腔密封法兰上端面经螺丝相固定连接，且于两者间置有○形金属密封圈，既确保了水冷腔与水冷腔密封法兰间的密封度，又便于磁钢的维修和更换，还使两者间的接触电阻为零。套装于出水管中的进水管贯穿软铁后与其相焊接连接，出水管贯穿水冷腔密封法兰后与其相焊接连接，不仅保证了冷却水的输送和冷却系统的密封度，还能通过进、出水管与由水冷腔、水冷腔密封法兰和磁钢等共同构成的阴极体进行电连接。水冷腔密封法兰的侧壁上置有通孔，该通孔的一端与螺丝孔的底端相通、另一端与真空室相通，使得在溅射设备的真空室于抽真空的初期时就将螺丝孔底端的气体同时抽出，避免了其在真空室于超高真空时的放气；其二，水冷腔密封法兰的下端面与靶支撑座上端面间置有电极绝缘层和两组四只○形密封圈，并经靶支撑座中套装的出水管另一端上的紧固螺母相抵压连接，除实现了作为阴极的水冷腔密封法兰与作为接地端的靶支撑座之间的电气绝缘之外，还确保了相互间的密封度，避免了在超高真空系统中电极的引入必须使用金属陶瓷焊接密封的弊端，降低了制造和使用的成本。各组○形密封圈间的电极绝缘层和靶支撑座中均置有与抽气管相通的通孔，使每组○形密封圈间形成的腔室内的气体被提前直接抽出，大大地减小了腔室内的残存气体和○形密封圈自身的出气率对真空室超高真空的影响；其三，靶支撑座焊接于安装法兰上成为一体，既连接牢固，又保证了相互间的密封度；其四，将其置于溅射设备的真空室内，溅射设备的真空度可达6×10^-8Pa，比现有的溅射靶的真空度提高了两个数量级，可用于直流和射频等多种溅射工艺，能够实现高质量高纯度金属或非金属薄膜的制备。

作为有益效果的进一步体现，一是两组四只○形密封圈均选用维通型氟胶圈，其出气率极低的特点初步奠定了获取超高真空的基础；二是抽气管贯穿安装法兰后与真空泵相接通，减少了每组○形密封圈间形成的腔室内的残存气体分子直接进入真空室的可能，同时也大大地降低了真空室内外于两组四只○形密封圈处的大气压力梯度；三是软铁与磁钢相接触一侧的表面置有与进水管相连通的槽沟，以及水冷腔密封法兰上端面对应水冷腔内腔体的部分置有凸台或与出水管相连通的槽沟，使冷却水可由软铁表面的槽沟顺畅地流经所有磁钢的表面后，再由软铁背面或水冷腔密封法兰上端面的槽沟流出，从而可对水冷腔内的磁钢和软铁进行充分地冷却；四是靶支撑座的另一端为与紧固螺母相抵触连接的凸端，而紧固螺母又是与出水管另一端上的螺纹相旋接连接的，这种连接方式既简单可靠、又可将水冷腔密封法兰、电极绝缘层和靶支撑座紧密地拉压成一体；五是水冷腔的上端部与靶材安装罩经相互间的螺纹旋接连接，不仅便于靶材的安装和拆卸，也易于靶材的固定；六是屏蔽罩与靶支撑座相固定连接，使其仅用最小的表面积就可对溅射靶进行有效的磁屏蔽。

附图说明

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

图1是本发明的一种基本结构剖面示意图。

具体实施方式

参见图1，水冷腔3的腔体内置有软铁5和其上设置的磁钢4，水冷腔3的上端部与靶材安装罩2经相互间的螺纹旋接连接、下端面与水冷腔密封法兰17上端面间置有由铝丝密封圈构成的○形金属密封圈7，并经螺丝22相固定连接。水冷腔密封法兰17的侧壁上置有通孔6，该通孔6的一端与螺丝22孔的底端相通、另一端与真空室相通。套装于出水管19中的进水管20贯穿软铁5后与其相焊接连接，软铁5与磁钢4相接触一侧的表面置有与进水管20相连通的槽沟。出水管19贯穿水冷腔密封法兰17后与其相焊接连接，水冷腔密封法兰17上端面对应水冷腔3内腔体的部分置有凸台和槽沟，此槽沟与出水管19相连通。水冷腔密封法兰17的下端面与靶支撑座15上端面间置有电极绝缘层13和两组四只由维通型氟胶圈构成的○形密封圈(8，9，10，11)，并经靶支撑座15中套装的出水管19另一端上的紧固螺母18相抵压连接；其中，水冷腔密封法兰17的下端面与电极绝缘层13间置有两只○形密封圈(8，9)，这两只○形密封圈(8，9)间的电极绝缘层(13)中置有通孔12。电极绝缘层13与靶支撑座15上端面间置有两只○形密封圈(10，11)，此两只○形密封圈(10，11)间的靶支撑座15中置有通孔14，通孔14与抽气管16相连通。紧固螺母18与出水管19另一端上的螺纹相旋接连接，靶支撑座15的另一端为凸端23，该凸端23与紧固螺母18相抵触连接。靶支撑座15上焊接连接有与真空室相配接的安装法兰21。抽气管16贯穿安装法兰21后与真空泵相接通，其与安装法兰21间为焊接连接。内置靶材安装罩2、水冷腔3、水冷腔密封法兰17、电极绝缘层13和靶支撑座15的屏蔽罩1与靶支撑座15相固定连接。

使用时，只需将安装法兰21装于真空室的对应法兰上，抽气管16与真空泵相接通即可。若在本发明上安装高纯铝靶，溅射设备使用直流溅射电源，就可制作出银白色铝膜；该铝膜没有暗浑浊区域、反光度好和可焊性强，极大地提高了器件的性能。若在本发明上安装高纯硅靶，溅射设备使用射频电源，就可制作出性能优良的多晶硅薄膜。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的用于10^-8Pa超高真空圆形平面磁控溅射靶的密封装置进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。